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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA

SELAMENTO SUPERFICIAL E EROSÃO HÍDRICA EM ARGISSOLO

AMARELO NA BACIA DO ALTO IPANEMA, NO SEMIÁRIDO

JOEZ ANDRÉ DE MORAES RODRIGUES

RECIFE – PE

2019

JOEZ ANDRÉ DE MORAES RODRIGUES

SELAMENTO SUPERFICIAL E EROSÃO HÍDRICA EM ARGISSOLO

AMARELO NA BACIA DO ALTO IPANEMA, NO SEMIÁRIDO

Dissertação apresentada ao programa de Pós-

Graduação em Engenharia Agrícola da

Universidade Federal Rural de Pernambuco,

como requisito para obtenção do grau de Mestre

em Engenharia Agrícola.

Área de concentração: Manejo integrado de

água e solo.

ORIENTADORA: Profª.Drª. Thais Emanuelle Monteiro dos Santos Souza

CO-ORIENTADOR: Profº. Dr. Marcelo Metri Corrêa

RECIFE - PE

2019

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Sistema Integrado de Bibliotecas da UFRPE Biblioteca Central, Recife-PE, Brasil

R696s Rodrigues, Joez André de Moraes Selamento superficial e erosão hídrica em argissolo amarelo na bacia do Alto Ipanema, no Semiárido / Joez André de Moraes Rodrigues. – 2019. 80 f. : il. Orientadora: Thais Emanuelle Monteiro dos Santos Souza. Coorientador: Marcelo Metri Corrêa. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal Rural de Pernambuco, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, Recife, BR-PE, 2019. Inclui referências. 1. Solos – Compactação 2. Solos – Conservação 3. Solos – Erosão 4. Cobertura morta (Agricultura) I. Souza, Thais Emanuelle Monteiro dos Santos, orient. II. Corrêa, Marcelo Metri, coorient. III. Título CDD 630

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

Selamento superficial e erosão hídrica em Argissolo Amarelo na bacia do Alto

Ipanema, no Semiárido

Dissertação defendida e aprovada em 25 de fevereiro de 2019 pela banca

examinadora:

Orientadora:

_____________________________________________

Dra. Thais Emanuelle Monteiro dos Santos Souza

Universidade Federal de Pernambuco - UFPE

Examinadores:

_____________________________________________

Dr. Edivan Rodrigues de Souza

Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE

_____________________________________________

Dr. Valdomiro Severino de Souza Júnior

Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE

_____________________________________________

Dra. Alineaurea Florentino Silva

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – EMBRAPA / SEMIÁRIDO

RECIFE – PE

2019

http://www.pgs.ufrpe.br/?q=pt-br/docentes/valdomiro-severino-de-souza-junior

A Deus por proporcionar tudo em minha vida,

A minha família, em especial aos meus amados pais,

Ana Vângela e João Luis (in memoriam) por me ensinarem

que por mais difíceis que pareçam ser as dificuldades, serei sempre

capaz de superá-las. E ao meu querido irmão Jânus André,

que sempre manteve o apoio para minhas decisões.

DEDICO

AGRADECIMENTOS

Ao meu Bom Deus, que está sempre presente em minha vida, permitindo que

os meus sonhos sejam sempre realizados.

À Virgem Maria, que está sempre a interceder por mim.

À minha família pelo apoio e por acreditarem sempre em mim, minha mãe Ana

Vângela, meu pai João Luis (in memoriam), ao meu irmão Jânus André, a

minha avó Nadir e aos demais membros desta tão amada família, obrigado por

estarem em minha vida.

À Universidade Federal Rural de Pernambuco e ao Departamento de

Engenharia Agrícola, pela oportunidade concedida de cursar o mestrado.

À Professora Dra. Thais Emanuelle Monteiro dos Santos, pela orientação,

dedicação, paciência e por ter me dado plena confiança para realização desta

pesquisa. Também, ainda, agradeço por ter contribuído de forma ímpar para o

meu crescimento profissional e pessoal.

Ao meu Co-orientador, Professor Dr. Marcelo Metri Corrêa pelas contribuições

para este trabalho.

Ao Professor Edivan Rodrigues, que ao longo de todo este período mostrou-se

sempre disposto a ajudar o projeto, seja com contribuições didáticas, seja com

a disponibilização de laboratórios.

Aos Professores Drs. Brivaldo Almeida, Mário Monteiro Rolim e Ênio França

pela confiança depositada, principalmente nas atividades vinculadasperanteo

uso dos diversos laboratórios e equipamentos sob a responsabilidade dos

mesmos.

Ao professor Veronildo Souza de Oliveira pelos conselhos e por ser sempre

bastante prestativo.

Ao técnico em laboratório Maurílio Moraes pelas contribuições na elaboração

das lâminas na análise da micromorfologia do solo.

A toda equipe de professores, discentes, secretários e demais profissionais que

compõem o Programa de Pós-graduação em Engenharia Agrícola.

À Fundação de Amparo a Ciência e Tecnologia de Pernambuco (FACEPE)ea

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela

concessão da bolsa de estudo durante todo o período do Mestrado.

À Monalisa Alves, por acompanhar e ajudar nas mais diversas análises, além

de suas palavras edificantes tanto profissionalmente quanto pessoalmente. À

Aglair, Cíntia Lins, Eudes, Marlon, Jardson, Liliane, José Edson, Daniel, Uilka,

Keila, Sirleide,Jhon Lennon e Fernanda Andrade pela contribuição de cada um

e pela boa convivência nos laboratórios.

Às estagiárias Irivânia Fidelis e Mayara, que estiveram sempre dispostas e com

o máximo de dedicação ao projeto. Pelas boas risadas nos momentos de

descontração e pela amizade que ficará por toda a vida. Muito obrigado, vocês

foram essenciais.

Ao meu grande amigo que o curso me deu, Hélio Lopes. Obrigado por todo

apoio e ajuda nas pesquisas. Obrigado pela confiança, pelos conselhos, por

todas as risadas e por todas as vezes que esteve dando forças para que eu

pudesse superar todas as dificuldades.

À todos os amigos e colegas que estiveram sempre ao meu lado, em especial

José Tiago, Jonas, Adriano Pereira, Jefferson Rodrigues, Josias Genu, Jéssyca

Patrícia, dando apoio e encorajamento para alcançar meus objetivos.

Ao seu Malaquias (in memoriam), por nos receber de braços abertos em sua

propriedade e mostrar que para ser feliz não precisamos de muitas coisas.

A todos vocês, meu muito obrigado!

SUMÁRIO

RESUMO ........................................................................................................... ix

ABSTRACT ........................................................................................................ x

LISTA DE TABELAS ......................................................................................... xi

LISTA DE FIGURAS ....................................................................................... xiii

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1

2. HIPÓTESE ...................................................................................................... 2

3.OBJETIVOS .................................................................................................... 2

3.1 Objetivo Geral .......................................................................................... 2

3.2 Objetivos Específicos ............................................................................. 2

4.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 3

4.1 Região Semiárida do Brasil .................................................................... 3

4.2 Erosão do Solo ........................................................................................ 3

4.3 Escoamento Superficial .......................................................................... 5

4.4 Selamento Superficial ............................................................................. 5

4.5 Micromorfologia do Solo ........................................................................ 8

4.6 Uso de Simuladores de Chuvas em Estudo de Erosão ........................ 9

5. METODOLOGIA ........................................................................................... 10

5.1 Localização da Área de Estudo ............................................................ 10

5.2 Características das Parcelas Experimentais ....................................... 12

5.3 Calibração do Simulador de Chuva ..................................................... 13

5.4 Determinação das Características Físicas e Químicas do Solo ........ 15

5.5 Determinação de Estabilidade de Agregados ..................................... 16

5.6 Avaliação das Características Hidráulicas do Escoamento

Superficial .................................................................................................... 17

5.7 Avaliação da Perda de Água ................................................................. 20

5.8 Avaliação das Taxas de Desagregação e Perdas de Solo ................. 20

5.9 Determinação da Concentração de Sedimentos na Enxurrada ......... 21

5.10 Análise da Resistência à Penetração do Solo................................... 22

5.11 Análise de Selamento Superficial do Solo ........................................ 22

5.12 Análise da Condutividade Hidráulica em Laboratório ...................... 25

5.13 Análise Estatística ............................................................................... 28

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................... 28

6.1 Estabilidade de Agregados ................................................................... 28

6.2 Condutividade Hidráulica ..................................................................... 29

6.3 Característica da Hidráulica do Escoamento Superficial ................... 30

6.4 Escoamento Superficial e Taxas de Infiltração ................................... 34

6.5 Resistência à Penetração ..................................................................... 38

6.6 Selamento Superficial ........................................................................... 40

7. CONCLUSÕES ............................................................................................. 54

ix

RODRIGUES, J. A. M. Selamento superficial e erosão hídrica em Argissolo

Amarelo na Bacia do Alto Ipanema, no Semiárido.2019. 80 p. Dissertação

(Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal Rural de

Pernambuco – UFRPE.

RESUMO

O uso de técnicas agrícolas incorretas tem causado sérios danos ao solo, em

especial ao solo do semiárido brasileiro. Sabe-se que a falta de cobertura do

solo é um dos principais aceleradores da degradação, pois sem proteção o solo

fica exposto aos impactos das gotas da chuva, as quais desagregam as

partículas e as carregam para zonas de menor altitude, além de causar o

selamento superficial, dificultando a infiltração. Devido a esses problemas,

estadissertação teve como objetivo caracterizar o selamento superficial e a

erosão hídrica em um Argissolo Amarelo na Bacia do Alto Ipanema, sob

diferentes coberturas do solo. Para isso, foram instaladas oitoparcelas de

erosão, nas dimensões de três metros de comprimento por um metro de

largura, que receberam os seguintes tratamentos: solo descoberto e solo com

cobertura morta de Brachiaria decumbens.Foram aplicadas três chuvas

simuladas, em intervalos de 24 horas, com intensidade de 54,63 mm h-1, após

cada chuva foi investigada a micromorfologia da superfície dos solos, assim

como a erosão dos mesmos.Diante das diferentes precipitações que foram

simuladas, constatou-se que o uso da cobertura morta reduziu o escoamento

superficial em até 42%, a perda de solo e a taxa de desagregação tiveram

reduções de 70% em média. A resistência à penetração foi reduzida em até

69,32% e a infiltração aumentou em até 242%. Sendo assim, houve diferenças

significativas entre usar ou não a cobertura morta ao nível de 5% de

probabilidade.Devido à falta de agregação do solo, não foram identificados

selamentos superficiais, porém, a cobertura morta foi eficaz na preservação da

porosidade e da microestrutura do solo para a chuva de 0h.

Palavras-chaves: perda de solo, estabilidade do solo, simulador de chuvas.

x

RODRIGUES, J. A. M.Surface sealing and water erosion in

YellowArgisolsof the Alto Ipanema Basin, in Semiarid.2019. 80p.

Dissertation (master's degree in agricultural engineering) - Universidade

Federal Rural de Pernambuco – UFRPE.

ABSTRACT

The use of incorrect agricultural techniques has caused serious damages to the

soil, especially in the Brazilian semi-arid soil. The lack of ground cover is one of

the key accelerators of degradation,without protection the soil is exposed to the

impacts of rain drops, desegregating the particles and loading the lower altitude

areas,causing the surface sealing that waterproofs the soil, making it difficult to

infiltrate. This dissertation aimed to characterize surface sealing and water

erosion in a Yellow Argisols in the Alto Ipanema Basin,under different ground

covers. Eigth erosion plots were installed, three meters long and one meter

wide, which received the following treatments: uncovered soil and soil with

Brachiaria decumbens mulch. Three simulated rainfall was applied at intervals

of 24 hours, with intensity of 54.63 mm h-1, after which rainfall micromorphology

was investigated, as well as erosion.It was observed that the use of mulch

reduced surface runoff by up to 42%, soil loss and disintegration rate had

reductions of 70% on average.The penetration resistance was reduced by up to

69.32% and infiltration increased by up to 242%. There were significant

differences between using or not mulching at the 5% probability level.Due to the

lack of soil aggregation, no surface seals were identified, however, mulching

was effective in preserving soil porosity and microstructure for the rainfall of 0h.

Key words: soil loss, soil stability, rainfall simulator.

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Características físicas do Argissolo Amarelona área experimental,

nas camadas 0 -20 e de 20 – 40 cm de profundidade. ..................................... 16

Tabela 2. Características químicas do Argissolo Amarelo na área experimental,

nas camadas 0 – 20 e 20-40 cm de profundidade. ........................................... 16

Tabela 3. Distribuição de percentual dos agregados nas diferentes classes,

diâmetro médio ponderado (DMP) e módulo de finura (MF), para o Argissolo

Amarelo. ........................................................................................................... 28

Tabela 4. Condutividade hidráulica (Ko) para solo sem cobertura morta (SSC) e

com cobertura morta (SCC). ............................................................................. 30

Tabela 5. Número de Reynolds (Re), número de Froude (Fr) e o coeficiente de

rugosidade de Manning (n), para solo sem cobertura morta (SSC) e com

cobertura morta (SCC). ..................................................................................... 30

Tabela 6. Descarga líquida, velocidade de escoamento para o Argissolo

Amarelo sem cobertura (SSM) e com cobertura (SCC). ................................... 31

Tabela 7. Altura de escoamento, e viscosidade para Argissolo Amarelo sem

cobertura (SSM) e com cobertura (SCC). ......................................................... 32

Tabela 8. Perda de solo, taxa de desagregação e perda de água para Argissolo

Amarelo para solo sem cobertura (SSM) e solo com cobertura (SCC). ............ 33

Tabela 9. Escoamento superficial, infiltração e tempo inicial de escoamento

para o Argissolo Amarelo para solo sem cobertura morta (SSC) e com

cobertura morta (SCC). ..................................................................................... 34

xii

Tabela 10. Percentual de umidade para o Argissolo Amarelo para o solo sem

cobertura (SSC) e solo com cobertura (SCC), antes da aplicação de chuva e

após a aplicação de três chuvas sucessivas, separadas por 24h..................... 36

Tabela 11. Resistência à penetração (RP) e de umidade (U) na capacidade de

campo na camada de 0-0,02m, para o Argissolo Amarelo sem cobertura (SCC)

e com cobertura morta (SCC). .......................................................................... 38

Tabela 12. Descrição micromorfológica do solo em razão de duas lâminas de

chuva aplicada após 0h e 48h com e cobertura................................................ 42

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Localização espacial da área de estudo, município de Pesqueira,

Pernambuco, Brasil. .......................................................................................... 10

Figura 2. Dados históricos (1980 a 2018) de precipitação e temperatura do ar

para o município de Pesqueira, Pernambuco ................................................... 11

Figura 3. Tipo de vegetação em diferentes períodos, (A) no período de chuva

(B) no período de seca em Mimoso, Pesqueira – PE. ...................................... 12

Figura 4. Modelo da parcela experimental utilizada para campo. ..................... 12

Figura 5. (A) Simulador de chuva e (B) Caixa d’água para alimentação do

simulador. ......................................................................................................... 13

Figura 6. Relação entre intensidade média da chuva (mm h-1) e coeficiente de

uniformidade (%) em função da pressão de serviço (kPa) da chuva simulada. 15

Figura 7. Esquema de classificação dos regimes de escoamento gerados

durante as simulações de chuva. ...................................................................... 19

Figura 8. Peças cortadas com espessura de 0,5 cm. ....................................... 23

Figura 9. Colagem das peças nas lâminas de vidro. ........................................ 24

Figura 10. Polimento manual com pasta diamantada (6 a 12 μm). ................... 24

Figura 11. Microscópio óptico. .......................................................................... 25

Figura 12. Amostras em saturação. .................................................................. 26

Figura 13. Amostras em teste de condutividade hidráulica. .............................. 27

xiv

Figura 14. Escoamento superficial e infiltração, relacionados com os tempos (0,

24 e 48h) para o solo sem cobertura morta (SSC) e solo com cobertura (SCC).

.......................................................................................................................... 37

Figura 15. Micrografia da heterogeneidade da camada superficial na

testemunha (A) e no intervalo 0h para SSC (B) e SCC (C). ............................. 49

Figura 16. Micrografia da lâmina testemunha com a zona 1 e zona 2. ............. 50

Figura 17. Micrografia do solo descoberto no intervalo de chuva 0h com a

divisão ondulatória entre zonas 1 e 2. .............................................................. 51

Figura 18. Micrografia do solo com cobertura no intervalo de chuva 0h com a

divisão ondulatória entre as zonas 1 e 2. .......................................................... 52

Figura 19. Micrografia da zona 2 do solo inalterada para a testemunha (A), solo

sem cobertura no intervalo 0h (B) e 48h (C); solo com cobertura no intervalo 0h

(D) e 48h (E). .................................................................................................... 53

1

1. INTRODUÇÃO

O solo é um dos componentes básicos para a vida no planeta, sendo

uma parte crucial dos sistemas biológicos. Além disso, apresenta-se como

depósito de água e suplementos essenciais para a agricultura. Contudo, a falta

de cuidados e também de conhecimento tem contribuído para a degradação do

solo, principalmente nas regiões semiáridas, onde as práticas agrícolas

inadequadas fazem com que o mesmo fique exposto à ação das chuvas,

provocando o selamento superficial.O selamento superficial é resultado da

desagregação das partículas do solo causado pelo impacto da gota de chuva,

sobre o solo descoberto e associado ao fenômeno de salpicamento das

partículas dispersadas, causando a obstrução dos poros e formação do

encrostamento superficial (BUENTO et al. 2018)

O selamento superficial, também chamado de encrostamento superficial,

influencia várias propriedades do solo, comoa taxa de infiltração de água, a

condutividade hidráulica do solo e o escoamento superficial, favorecendo a

erosão (SIQUEIRA, 2015).

No entanto, apesar de todos os efeitos negativos apresentados, poucos

estudos referentes ao processo erosivo foram realizados (DECHEN et al.,

2015), o que mostra a importância de novas pesquisas e acompanhamentos da

formação do selamento superficial, sendo de fundamental importância para o

adequado uso e preservação do solo.

Mesmo o selamento superficial sendo o causador da diminuição do

volume de água armazenada pelo solo, comprometendoa germinação,

reduzindoas trocas gasosas entre o solo e a atmosfera, pouco ainda foi

estudado a respeito desse problema, mesmo que existindo alguns trabalhos

sobre o solo do semiárido, o selamento ainda é algo que precisa ser

pesquisado com mais foco, principalmente nas regiões áridas e semiáridas,

onde a cobertura vegetal é escassa e os processos de selamento eerosão

ocorrem de forma rápida e severa após cada precipitação (MARTINS, 2016).

Sendo assim, estudar e compreender o solo do semiárido brasileiro, em

especial as causas, efeitos e combate ao selamento superficial é essencial

para que se alcance um equilíbrio e sustentabilidade através de um

planejamento de práticas conservacionistas, do uso e manejo do solo,

2

reduzindo o processo de erosão e selamento causado pelas chuvas (BARROS,

2017).

2.HIPÓTESE

O Argissolo Amarelo apresenta formação de selamento superficial com

aplicação de chuvas sucessivas.

3.OBJETIVOS

3.1Objetivo Geral

Analisar o selamento superficial, relacionando-o com a susceptibilidade

à erosão de um Argissolo Amarelo na Bacia representativa do Alto Ipanema,

Pernambuco.

3.2Objetivos Específicos

Ampliar o conhecimento científico acerca da dinâmica do processo de

selamento superficial e erosão do solo em bacias experimentais do

semiárido brasileiro;

Avaliar a infiltração da água no Argissolo Amarelo da Bacia do Alto

Ipanema;

Investigar o escoamento superficial;

Analisar a resistência da camada superficial do solo à penetração;

Avaliar, por meio de análise micromorfológica, a microestrutura da crosta

formada decorrente da aplicação e chuva simulada;

Avaliar o desempenho da Brachiaria decumbens como cobertura do

solo.

3

4.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1Região Semiárida do Brasil

Atualmente, o semiárido brasileiro possui uma extensão de

aproximadamente 982.563,3 km², onde deste total somente a Região Nordeste

é responsável por 89,5% dessa área, ou seja, 879.394,2 km². Essa nova

demarcação teve como referência a isoieta de 800 mm anuais, além do Índice

de Aridez de Thorntwaite (1941)abaixo de 0,50 e Risco de Seca superior a

60%. (IBGE, 2017).

O clima ocupa lugar de destaque naregiãosemiárida, isto porque a

precipitação média anual tem uma intrínseca ligação com a sociedade e

também com a vegetação e formação do solo (XAVIER et al., 2016), já que de

acordo com Nys& Engle (2014) a distribuição das precipitações é muito

instável, com longos períodos de seca.

Durante os meses de Fevereiro à Maio ocorre o período de maior

probabilidade de chuvas, que costumam ser de altas intensidades contribuindo

de forma pontual para a erosão do solo, e nos demais meses do ano ocorre a

estiagem (CGEE, 2016). Além de chuvas, existem os aspectos pedológicos, os

quais se apresentam com solos pouco profundos, pedregosos e não raramente

de horizontes A de textura arenosa, aspectos que contribuem para os

processos de erosão do solo (SÀ et al., 2015)

A escassez de trabalhos na região dificulta o entendimento da dinâmica

do solo, além de retardar as soluções para os problemas que causam um

desequilíbrio ambiental na região. Nesse contexto, Farias et al. (2017)

ressaltam a necessidade de forma urgente de ações para o conhecimento e

proteção das áreas semiáridas.

4.2 Erosão do Solo

A poluição e assoreamento de corpos hídricos estão intimamente ligados

ao solo, principalmente na ocorrência de erosão que contribui com nutrientes e

com as próprias partículas para tornar esses problemas ambientais ainda mais

graves.

4

A erosão pode ser definida como um processo da natureza que ocorre

por meio de agentes como a chuva, o vento, as águas de rios e até mesmo por

ações humanas, causam a desagregação do solo, fazendo com que as

partículas soltas atinjam lugares com menor altitude, acarretando em sérios

problemas ambientais.

Desta forma, a erosão pode ser tratada como um processo contínuo e

natural que provoca perdas de solo e transporte de sedimentos, que são

acelerados por diversos fatores, como a agricultura e a urbanização

(CONCEIÇÃO, 2014).

Ribeiro (2016) classifica os agentes erosivos em dois tipos: ativos e

passivos. Os agentes ativos são aqueles que resultam da própria natureza,

como: água, temperatura, vento, gelo, neve, a ação de microorganismos vivos.

Os agentes passivos decorrem das condições topográficas do terreno, da

cobertura vegetal, da gravidade, do tipo de solo e demais características

intrínsecas do material, que resultam em uma maior ou menor susceptibilidade

à erosão. No entanto, é importante ressaltar que a ação humana potencializa a

atuação desses agentes erosivos.

Contudo, é necessário que haja um maior cuidado com o solo no intuito

de amenizar os efeitos provenientes do processo erosivo já que através do

escoamento superficial da água da chuva ocorre a desintegração,

carregamento e deposição das partículas do solo, juntamente com seus

nutrientes e matéria orgânica (DECHEN et al., 2015).

Fatores como a erodibilidade do solo, intensidade da chuva e a ausência

de cobertura vegetal são determinantes para o acontecimento do processo

erosivo, que segundo Rodrigues et al. (2017), são os principais autores da

destruição dos solos agricultáveis a nível global, a medida que podem causar

sérias e onerosas consequências agronômicas e ambientais.

Os problemas causados pelos processos erosivos do solo não atingem

apenas as áreas agrícolas, as urbanas também sofrem com esse fenômeno

natural, que em suas formas mais graves apresentam voçorocas e ravinas,

sendo fruto do desmatamento, incorretas técnicas de utilização do solo

agricultáveis, estradas, entre outras atividades do homem.

5

4.3 Escoamento Superficial

Quando a gota da chuva atinge o solo, uma parcela desta água infiltrará

e a outra irá escoar pela superfície.A quantidade de água escoada depende de

vários elementos, como a duração e intensidade da chuva, a cobertura vegetal,

o nível de compactação deste solo e consequentemente a capacidade de

infiltração.

De acordo com Conceição (2014), ao chover a água vai acumulando-se

no solo até atingir o ponto de saturação, que a partir daí acontecerá o acúmulo

de água em pequenas depressões do terreno. Caso a precipitação continue

dará origem ao processo de escoamento superficial, que irá acontecer no

sentido da declividade.

O processo do escoamento superficial é influenciado por diversos

fatores, dentre os quais se destacam o uso e ocupação do solo, onde um solo

sem cobertura vegetal ou com um alto grau de compactação apresenta uma

maior taxa de escoamento (SILVA, 2015). Vale destacar que o uso e ocupação

do solo pelo homem, tanto na cidade como no campo, contribui para as

mudanças no escoamento superficial, alterando as vazões dos corpos hídricos,

aumentando a erosão do solo e consequentemente o aumento do processo de

assoreamento dos corpos hídricos (SANTOS JÚNIOR & SANTOS, 2013).

Diante de um evento de precipitação intensa, a infiltração e o

escoamento superficial são inversamente proporcionais, isto é, à medida que a

infiltração reduz, o escoamento superficial aumenta (HONDA & DURIGAN,

2017).

4.4Selamento Superficial

O contato direto das gotas da chuva com a superfície do solo descoberto

gera uma série de consequências, entre elas: desintegração de agregados,

desprendimento, arrasto e deposição das partículas, ocasionando erosão e

mudança na estrutura do solo (SIQUEIRA, 2015). De acordo com Hu et al.

(2012) uma das alterações que ocorre com esse impacto das gotas da chuva

com a superfície do solo é a formação do encrostamento superficial.

O encrostamento superficial também pode receber vários outros nomes:

crostas de superfície, selamento superficial ou endurecimento superficial do

6

solo. O fato é que segundo Silva (2016) ainda não existe na literatura um

consenso a respeito da denominação atribuída a essa alteração da camada

superficial do solo.

A formação do selamento ou encrostamento superficial resulta de dois

mecanismos que são complementares. O primeiro trata-se de uma

desintegração física dos agregados superficiais causada, principalmente, pela

energia do impacto das gotas da chuva com o solo, levando a formação de

uma camada fina da superfície; o segundo refere-se à dispersão físico-química

das partículas de argila do solo, que se movimentam com a água, obstruindo

dessa forma os poros imediatamente abaixo da superfície (SIQUEIRA, 2015;

AGASSI et al., 1981).

O selamento superficial é de uma fina camada na superfície do solo,

contendo uma densidade maior, assim como, também uma maior resistência a

penetração, o que consequentemente provoca a diminuição da condutividade

hidráulica. O selo formado tem espessura variável, podendo ir de 0,1 mm até

50 mm e por isso acaba por provocar efeitos maléficos ao solo, como:

erodibilidade, aumento do escoamento superficial e diminuição da

permeabilidade (HYVÄLUOMA et al., 2012)

De acordo com Sela et al. (2015), o selamento superficial do solo é um

processo natural e generalizado que ocorre de forma frequente nas áreas de

solos descobertos, causando a diminuição da condutividade hidráulica e

consequentemente a infiltração da água no solo, afetando potencialmente o

desenvolvimento da vegetação.

Um fator que se deve levar em consideração no selamento superficial é

a umidade do solo. A umidade influencia a formação das camadas

compactadas do solo, isto porque, ela atua como um lubrificante, o que facilita

a reorganização das partículas do solo quando este é submetido a pressões,

como por exemplo, o impacto da gota de água da chuva sobre o solo. Porém, a

relação entre umidade e selamento superficial do solo varia com o tipo de solo

(REICHERT et al.,2007).

Outro ponto importante na formação do selamento superficial é a

temperatura, isso porque os sucessivos ciclos de umedecimento e secagem

proporcionam inchaços e encolhimentos repetitivos do solo, causando

microfissuras que dão origem à fragmentação e formação de pequenas

7

partículas capazes de obstruírem os poros formando o encrostamento

superficial (BORGES et al., 2014).

Desde o início do século XX, estudos têm sido conduzidos envolvendo o

selamento ou encrostamento superficial. O fato desse fenômeno causar

consequências ambientais e na produção vegetal, desperta o interesse dos

pesquisadores (SOUZA et al., 2014), os quais classificam os selos em três

tipos: estruturais, deposicionais e erosionais.

Os selos estruturais são formados a partir do impacto direto das gotas

d’águas, que provocam o rompimento e consequentemente uma reorganização

in situ dos microagregados e das partículas do solo (SILVA, 2016).

As crostas deposicionais, como o próprio nome sugere, são formadas a

partir da deposição das partículas grossas e finas do solo. Esse tipo de selo

está relacionado com sedimentação das partículas em microdepressões

(BRANDÃO et al., 2007).

Por fim, os selos erosionais que são resultado da erosão dos selos

estruturais, onde finas partículas formam uma camada superficial rígida e lisa

(SILVA, 2016; BRANDÃO et al., 2007).

Hu et al. (2012) em estudos que avaliaram o desenvolvimento do

selamento superficial do solo, em condições de chuvas simuladas, encontraram

dois tipos de crostas, as estruturais e as deposicionais. De acordo com os

autores, entre os dois tipos de crostas encontradas, ambas têm em comum as

origens na quebra dos agregados e na dispersão das partículas, influenciadas

pela textura do solo. Em concordância com outros autores, Hu et al. (2012),

identificaram que o encrostamento superficial provocou mudanças nas

propriedade do solo, dentre as quais listaram: alterações na textura,

proveniente do arrasto de material mais fino; modificações na estabilidade

estrutural, oriundas durante o processo de formação dos selos; variação da

rugosidade superficial, resultando em uma maior perda de solo e redução da

permeabilidade do solo, sendo consequência das alterações nos parâmetros

da condutividade hidráulica (SAJJADI e MAHMOODABADI, 2015; SOUZA et

al., 2014; BADORRECK et al., 2013; BREMENFELD et al., 2013).

Diante de tantas consequências danosas causadas a partir do

selamento superficial do solo, fica evidente que é preciso que este

encrostamento seja evitado. De acordo com Zonta et al. (2012) uma forma de

amenizar a formação das crostas superficiais é fazendo uso da cobertura morta

8

vegetal, pois evitará o contato direto da gota de água da chuva com o solo,

reduzindo assim o desprendimento dos microagregados e o preenchimento dos

poros.

Almeida et al. (2016) observaram também que o uso da cobertura morta

torna o solo menos suscetível ao selamento da camada superficial, o que faz

dessa técnica uma forte aliada na conservação do solo.

4.5Micromorfologia do Solo

A falta de cobertura nos solos agrícolas impede que o impacto das gotas

de água da chuva seja amenizado. Dessa forma, modificações de alguns dos

seus atributos físicos são geradas, como: formação de camadas compactadas

com diminuição do volume de macroporos, tamanho de agregados, taxa de

infiltração de água e aumento da sua resistência do solo à penetração e

densidade (SOUZA et al., 2014).

As mudanças ocorridas na estrutura do solo podem ser analisadas

através do estudo micromorfológico. Esse estudo é uma ferramenta que

permite observar a estrutura do solo na sua forma natural, possibilitando

melhor visualização no comportamento da estrutura e do espaço poroso em

diferentes sistemas de manejo ou em áreas sob processo de degradação a

partir de imagens em duas dimensões (2D) (GENNARO et al., 2015). Para

esse tipo de análise têm sido utilizados aparelhos microscópicos e lâminas

delgadas, para melhor visualização dos constituintes estruturais do solo.

A aplicação da micromorfologia do solo tem sido amplamente utilizada

em estudos com o objetivo de caracterizar a porosidade do solo através de

tecnologias digitais que promovem o processamento e análise de imagens em

duas dimensões (2D) (COOPER et al., 2016).

Marchiciet al. (2015) classificam a análise da micromorfologia do solo

como uma técnica bastante útil no estudo da gênese do solo e na avaliação e

no monitoramento de diversas práticas agrícolas. Castilho et al. (2015) afirmam

que através da micromorfologia é possível um melhor entendimento de como a

chuva afeta a reorganização r a redistribuição da porosidade do solo.

O uso das análises micromorfológicas do solo tem se tornado cada vez

mais comum a partir da evolução dos equipamentos e programas. Com isso,

essas análises conseguem precisar a porosidade e permitir comparações entre

9

solos e entre momentos distintos do mesmo solo, o que ajuda na compreensão

das ações a serem tomadas no intuído de preservar a estrutura física do solo.

4.6 Uso de Simuladores de Chuvas em Estudo de Erosão

Estudar as consequências do impacto das gotas da chuva natural no

solo é algo bastante difícil de mensurar, pois não se pode controlar a

distribuição, a duração e a intensidade da precipitação. O uso de simuladores

de chuvas tem se mostrado uma grande alternativa, já que através dessa

ferramenta é possível fazer um controle das características da chuva simulada,

além de realizar os estudos a qualquer momento, sem depender da

precipitação natural (SANTOS, 2015).

O simulador de chuvas é considerado um excelente método de

determinação da infiltração de água no solo que representa bem uma realidade

local. Dessa forma, deve simular as condições típicas de chuvas naturais,

como velocidade de impacto e distribuição do tamanho das gotas da chuva,

intensidade de precipitação, ângulo de impacto das gotas e capacidade de

reproduzir a intensidade e a duração das chuvas intensas (CONFESSOR &

RODRIGUES, 2018).

Silva (2016), destaca que devido a praticidade e capacidade de

repetição de eventos de precipitação através dos simuladores de chuva

portáteis, foi possível o desenvolvimento de diversos estudos sobre a dinâmica

da erosão dos solos por diversos pesquisadores como Lima et al. (2015),

Montenegro et al. (2013), o que faz desse equipamento uma ferramenta

primordial para as pesquisas fora e dentro do laboratório.

Por essas razões, o uso do simulador de chuvas tem sido cada vez mais

frequente em diversos sistemas de cultivo com diferentes manejos do solo e

cobertura nativa, proporcionado o aumento do conhecimento das taxas

erosivas, consequentementedas técnicas capazes de amenizarem os efeitos

da erosão.

10

5. METODOLOGIA

5.1 Localização da Área de Estudo

O presente estudo foi realizado em uma área onde se pratica agricultura

de sequeiro na bacia representativa do Alto Ipanema que está localizada em

Mimoso, zona rural do município de Pesqueira, Pernambuco, Brasil (Figura 1).

A área está localizada entre as coordenadas geográficas: Latitude 08º21'28"

(S) e Longitude 36º41'45" (W) com altitude de 654 m.

Figura 1. Localização espacial da área de estudo, município de Pesqueira, Pernambuco, Brasil.

O clima local é classificado, segundo Köeppen, como BShw’ semiárido

quente. De acordo com MONTENEGRO & MONTENEGRO (2006) a

temperatura média anual é de 23 ºC, a região possui ainda uma média anual

de 607 mm de precipitação como mostra a figura 2, além de uma

evapotranspiração potencial de 2000 mm por ano.

11

Figura 2. Dados históricos (1980 a 2018) de precipitação e temperatura do ar para o município de Pesqueira, Pernambuco

Fonte: Agencia Pernambucana de Águas e Climas e Instituto Nacional de Meteorologia.

Estudos do IBGE (2017) revelam que o Índice de Aridez elaborado por

Thornthwaite (1948) é menor do que 0,50confirmando a classificação de

Köeppen, ou seja, clima semiárido e quente.

A região é marcada pela presença dos seguintes tipos de solos:

Argissolo Amarelo, Argissolo Vermelho-Amarelo, Cambissolo, Neossolo

Flúvico, Neossolo Litólico, Neossolo Regolítico e o Planossolo. (EMBRAPA,

2009).

A cobertura vegetal predominante na área de estudo é a Caatinga

(Figura 3), destacando-se coberturas de diferentes densidades e pastagem

(MONTENEGRO & RAGAB, 2010).

12

Figura 3. Tipo de vegetação em diferentes períodos, (A) no período de chuva (B) no período de seca em Mimoso, Pesqueira – PE.

5.2 Características das Parcelas Experimentais

As unidades experimentais foramconstituídas por uma parcela medindo

três metros de cumprimento, por um metro de largura, com a maior dimensão

no sentido da declividade do solo, que era de 7%.Construídas com chapas

metálicas, as parcelas contavam com 25 cm de altura, sendo aproximadamente

10 cm cravados no solo. Na parte inferior, possuíam uma calha para coleta da

enxurrada (Figura 4).

Figura 4. Modelo da parcela experimental utilizada para campo.

13

Sobre as parcelas, foram adotados dois tratamentos, solo descoberto e

solo coberto com cobertura morta de capim (Brachiaria decumbens) seco ao ar,

com densidade de3 Mg ha-1, além de três chuvas simuladas com intervalo de

24 horas entre elas.

O capim utilizado foi proveniente de uma capinação com uma roçadeira

à gasolina na sede da Universidade Federal Rural de Pernambuco. Este capim

estava com 20 cm de altura em média e foi exposto ao ar livre para que fosse

secado. Após a secagem, o material foi levado para o distrito de Mimoso, em

Pesqueira – PE, para a sua utilização no experimento.

A escolha do capim Brachiaria decumbens está associada à

disponibilidade desse capim na região do experimento, sendo de fácil acesso

para os produtores agrícolas locais.

5.3 Calibraçãodo Simulador de Chuva

Foi utilizado um simulador de chuvas (Figura 5, A e B) com 3m de altura

em relação ao nível do solo, formado por uma armação retangular e apoiado

sobre quatro pés de tubos de aço removíveis, o qual possui um motor com

sistema eletrônico que realiza movimentos oscilantes, com um bico aspersor

tipo Veejet 80-100 (SANTOS 2006). O simulador foi alimentado por uma bomba

submersa que captou água de uma caixa de capacidade de 1000 Litros.

Figura 5. (A) Simulador de chuva e (B) Caixa d’água para alimentação do simulador.

A B

14

Foram simuladas chuvas representando dados provenientes de uma

avaliação histórica de 29 anos de observações na bacia representativa do Alto

Ipanema (SANTOS & MONTENEGRO, 2012). As precipitações tiveram uma

duração de 30 minutos com uma intensidade de54,63 mm h-1 e índice de

erosividade (EI30) de 1202,87 MJ mm ha-1 h-1.

As chuvas foram aplicadas em intervalos de 24 horas, sendo 0h, 24h e

48h, a partir da primeira chuva.

A energia cinética por milímetro de chuva foi igual a 0,271 MJ ha-1 mm-1,

calculada pela equação de Wischmeier & Smith (1958) (SANTOS &

MONTENEGRO, 2012).

A energia cinética por incremento (Eci) de chuva foi então determinada

pela equação 1:

Eci=Ec*vol (1)

em que:

Vol - quantidade de chuva do incremento (lâmina precipitada), (mm);

Ec - Energia cinética por milímetro (MJ ha-1).

A energia cinética total foi obtida pelo somatório da energia cinética de

cada incremento, sendo igual a 22,02 MJ ha-1

Foi utilizado um coeficiente igual a 0,78 para conversão da energia

cinética da chuva simulada, conforme recomendado por Young e Burwell

(1972).

Logo, a erosividade da chuva (EI30) foi calculada pela equação 2:

EI30=Ect*I (2)

em que:

EI30 - Índice de erosividade (MJ mm ha-1 h-1);

Ect - energia cinética total (MJ ha-1 de chuva);

I - intensidade de precipitação em 30 minutos (mm h-1).

15

Para observação da influência do selamento superficial nas taxas

erosivas foram aplicadas três chuvas sucessivas espaçadas de 24 horas (0h,

24h e 48h). A Figura 6apresenta o gráfico da calibração do simulador de chuva.

Figura 6. Relação entre intensidade média da chuva (mm h-1) e coeficiente de uniformidade (%) em função da pressão de serviço (kPa) da chuva simulada.

5.4 Determinação das Características Físicas e Químicas do Solo

Foram coletadas cinco amostras deformadas e indeformadas nas

camadas de 0-20 e de 20-40 cm com o objetivo de caracterizar física e

quimicamente o solo, onde se determinaram os seguintes atributos físicos do

solo: análise granulométrica realizada pelo método do densímetro, com

estimativa da argila dispersa total usando-se hidróxido de sódio como

dispersante pelo método proposto por Donagemma et al. (2017); densidade do

solo determinada pelo método do cilindro volumétrico proposto por Almeida et

al. (2017); densidade de partículas pelo método do balão volumétrico

recomendado por Viana et al. (2017), grau de floculação calculado com base

nas quantidades de argila total e argila dispersa em água de acordo com o

método sugerido por Donagemma e Viana (2017); umidade na capacidade de

campo (θcc), umidade no ponto de murcha permanente (θpmp),

macroporosidade (Macp), microporosidade (Micp), porosidade total do solo (Pt)

pelo método indicado por Almeida et al. (2017) e condutividade hidráulica (Ko),

pelo método proposto por Teixeira et al. (2017).

Para os atributos químicos foram realizadas as seguintes análises: pH

em água, utilizando-se potenciômetro; sódio e potássio extraídos com Mehlich

20

40

60

80

100

50

52

54

56

58

60

0 10 20 30 40 50 60 70Inte

nsi

dad

e M

édia

da

Ch

uva

(m

m h

-1)

Pressão (KPa)

Intensidade Média de Chuva

CUC % CU

C%

y = 0,157x + 49,23R2 = 0,984

16

e determinados por fotometria de emissão de chama, Ca e Mg extraídos com

KCl 1 mol L-1 e determinados por espectrometria de absorção atômica pelo

método proposto por Teixeira et al. (2017); a acidez potencial (H+Al), extraída

por acetato de cálcio pH 7 e determinada por titulação com NaOH pelo método

sugerido por Campos et al. (2017) e carbono orgânico do solo determinada

pelo método volumétrico do dicromato de potássio e avaliado por titulometria

recomendado por Fontana e Campos (2017) . As características físicas e

químicas do solo utilizado no experimento estão apresentadas nas Tabelas 1 e

2.

Tabela 1. Características físicas do Argissolo Amarelona área experimental, nas camadas 0 -20 e de 20 – 40 cm de profundidade.

Camada Areiat. Areia g. Areia f. Argila Silte ADA GF Pt Ds Dp CT

cm g kg-1 % g cm-3

0 - 20 621,55 457,82 163,73 120,49 261,98 25,10 78,33 34,05 1,67 2,53 Franco

20 - 40 604,62 445,34 159,8 120,64 279,70 25,13 78,33 34,79 1,65 2,53 Arenoso

Legenda: Areia total (Areia t.), areia grossa (Areia g.), areia fina (Areia f.), argila dispersa em água (ADA), grau de floculação (Gf), porosidade total (Pt*), densidade do solo (Ds), densidade de partículas (Dp), classe textural (CT).

Tabela 2. Características químicas do Argissolo Amarelo na área experimental, nas camadas 0 – 20 e 20-40 cm de profundidade.

Camada Ca Mg K Na H+Al C.O. pH

Cm cmolc dm-3 g kg-1 H2O

0 – 20 0,019 0,064 0,62 1,03 0,12 12,18 6,90

20 – 40 0,019 0,066 0,41 0,41 0,11 11,02 6,88

Legenda: Cálcio (Ca), magnésio (Mg), potássio (K), sódio (Na), acidez potencial (H+Al), carbono orgânico (C.O.).

5.5 Determinaçãode Estabilidade de Agregados

Através do método de Kemper e Chepil (1965) foi determinada a

estabilidade de agregados. Para esta análise, 100 g de solo foram previamente

umedecidos de forma lenta, por meio de capilaridade. Após o umedecimento,

os agregados do solo que foram divididos em duas partes de 50 g, foram

17

submetidos ao peneiramento em água, utilizando-se um aparelho capaz de

realizar movimentos verticais, como proposto por YODER (1936).

O peneiramento consistiu de dois conjuntos de cinco peneiras com

malhas de 2,00; 1,00; 0,50 e 0,25 mm. Esses conjuntos de peneiras ficaram

submersos em água enquanto o aparelho proporcional agitações verticais de

42 ciclos a cada minuto, durante 15 minutos.

Os agregados contidos em cada peneira foram acomodados em

recipientes metálicos e levados à estufa por um período de 24 horas, em

temperatura constante de105°C. Após este procedimento, foi possível a

determinação do diâmetro médio ponderado, DMP (KEMPER & ROSENAU,

1986), do módulo de finura, MF (FREIRE & PIEDADE JR., 1979) e o AGRI,

somatório dos percentuais, a 2,00 mm (WENDLING et al., 2005), através das

equações 3, 4 e 5.

DMP= (cp*p)ni=1 (3)

MF= 4-2 + 2-1 + 1-0,5 + 0,5-0,25 + <0,25 ÷100 (4)

AGRI=wi>2*100 (5)

Onde:

DMP – Diâmetro médio ponderado (mm);

Cp - É o centro de cada classe de peneira;

P - O peso seco da amostra (%);

MF- Módulo de finura dos agregados;

Σ - Somatório da porcentagem acumulada de agregados em cada classe;

wi>2 - Representa a proporção de agregados >2,00 mm.

5.6 Avaliaçãodas Características Hidráulicas do Escoamento

Superficial

A determinação da velocidade do escoamento superficial foi feita através

da medição do tempo gasto para um corante azul ou percorrer 2 metros no

18

interior da parcela, de acordo com o método proposto por Bezerra e Cantalice

(2006).

A medição foi feita em intervalos de 3 minutos a partir do início do

escoamento, e também no mesmo intervalo foram feitas as coletas da

enxurrada após a formação e deslocamento da lâmina.

De acordo com Farenhorst e Bryan (1995); Katz et al. (1995) para se

chegar ao valor médio do escoamento, em m s-1, foi necessário o uso de um

fator de correção (α=2/3) na obtenção da velocidade do escoamento

superficial.

A altura da lâmina escoada (h) foi calculada através da equação 6:

h=q

V (6)

onde:

h - altura da lâmina de escoamento (m);

q - descarga líquida total por unidade de largura em (m2 s-1);

V - velocidade média do escoamento (m s-1).

A descarga líquida por unidade de largura (q), expressa em m2 s-1, foi

obtida através da quantificação do volume da enxurrada coletadona calha

posicionada em uma das extremidades da parcela e depois dividido pela

largura da parcela. O tempo de cada coleta era de 10 segundos

A partir de um termômetro, foi medida a temperatura da água em °C

para cada repetição e a partir disso foi possível conhecer a viscosidade

cinemática da água conforme proposto por Julien (1995) através da equação 7:

v= (1,14-0,031* T-15 +0,00068* T-152 *10

-6 (7)

onde:

ν - viscosidade cinemática da água (m2 s-1);

T - temperatura da água em °C.

O número de Reynolds (Re) foi obtido pela equação 8:

19

𝑅𝑒 =V∗h

v (8)

onde:

Re - número de Reynolds, adimensional;

V - velocidade média do escoamento (m s-1);

h - altura do escoamento (m);

ν – viscosidade cinemática da água (m2 s-1).

A obtenção do número de Froude (Fr) foi através da equação 9:

Fr=V

g*h (9)

onde:

Fr - número de Froude (adimensional);

V - velocidade média do escoamento (m s-1);

g - aceleração da gravidade (m s-2);

h - altura do escoamento (m).

Diante dos números de Reynolds e de Froude foi possível classificar os

regimes de escoamento gerado pela simulação de chuvas para cada teste de

acordo com a figura 7.

Figura 7. Esquema de classificação dos regimes de escoamento gerados durante as simulações de chuva.

Fonte: Bezerra (2004)

20

O coeficiente de Manning (n), que determina a rugosidade foi obtido pela

equação 10 proposta por Braida e Cassol (1999).

n=h

53 *S

12

q (10)

onde:

n - coeficiente de rugosidade de Manning (s m-1/3);

h - altura da lâmina de escoamento (m);

q - descarga líquida por unidade de largura (m2 s-1);

S - declive da parcela (m m-1).

5.7 Avaliação da Perda de Água

Diante da equação 11, foi possível calcular a perda de água,

determinando o volume da enxurrada.

𝑃𝐴 = 𝐿𝑒𝑠

𝐿𝑝𝑝𝑡 ∗ 100 (11)

onde:

PA - perda de água (%);

Les - lâmina escoada (mm);

Lppt - lâmina total precipitada (mm).

5.8 Avaliação das Taxas de Desagregação e Perdas de Solo

Para a determinação das taxas de desagregação do solo (D), foi

utilizada a equação 12:

D=Mss

Ap*Dc (12)

onde:

D - taxa de desagregação do solo (kg m-2 s-1);

Mss - massa do solo seco desagregado (kg);

Ap - área da parcela (m2);

21

Dc - duração da coleta em (s).

A perda de solo foi calculada através da equação 13:

Ps=∑(Q*Cs*tc)

Ap (13)

onde:

Ps - perdas de solo (kg m-2);

Q - vazão (L s-1);

Cs - concentração de sedimento (kg L-1);

tc - intervalo entre as coletas (s);

Ap - área da parcela (m2).

5.9 Determinação da Concentração de Sedimentos na Enxurrada

As amostras de água da enxurrada coletadas na calha coletora durante

10 segundos foram armazenadas em potes plásticos com capacidade

volumétrica de 1 litro. Em laboratório, essas amostras foram pesadas e

deixadas em repouso durante 24 horas para que o solo presente na água

pudesse ser decantado. Após esse procedimento, a parte sobrenadante foi

succionada e o solo levado para estufa de ventilação forçada por 72 horas com

temperatura constate de 65ºC.

Ao sair da estufa, o solo seco foi novamente pesado e tirado a tara do

pote, obtendo assim a quantidade de solo seco presente no volume da

enxurrada.

Através da equação 14, foi calculada a concentração de sedimentos.

Cs=Mss

Mvol (14)

onde,

Cs - concentração de sedimentos (kg kg-1);

Mss - massa do solo seco (kg);

Mvol - massa da enxurrada (kg).

22

5.10 Análise da Resistência à Penetração do Solo

O teste de resistência à penetração foi usado para avaliar o quanto o

solo encontrava-se com sua superfície compactada. Para esta análise foram

coletadas amostras do solo sempre antes e depois das três chuvas simuladas

(0, 24 e 48h) através de anéis volumétricos de PVC com diâmetro e altura de 5

cm. A extração do solo nos anéis foi realizada com o auxílio de um amostrador

do tipo Uhland. As amostram foram envolvidas por plástico filme e

acondicionadas de modo a não perderem a umidade e a estrutura até que

fossem levadas ao laboratório.

Em laboratório as amostras receberam um pré-tratamento, onde se

retirou o excesso de solo dos anéis, de modo que o solo ficasse na mesma

linha de altura do anel. Em baixo de cada anel, foi colocada uma tela

sustentada por ligas elásticas. O objetivo dessa tela era permitir que o solo

ganhasse umidade por fluxo ascendente de água e ao mesmo tempo impedir

que o solo fosse perdido.

O passo seguinte foi colocar as amostras em uma bandeja contendo

água para saturar, até que a superfície do solo estivesse espelhada. Em

seguida, as amostras foram colocadas na mesa tensão e submetidas a uma

tensão de aproximadamente 10kPa para atingirem o ponto de capacidade de

campo. Feito isso, as amostras foram pesadas e levadas ao penetrômetro de

bancada, o qual possui uma carga nominal de 20 kg e velocidade de operação

de 1cm a cada minuto. A agulha utilizada foi de 4 mm de diâmetro que

penetrava no solo 0,02m e os resultados eram projetados em um computador

através de gráficos de Força (Kgf) x Tempo (mim). Esses dados foram salvos e

posteriormente trabalhados no Software MS Office Excel 2007 para transformar

os valores de força (kPa) em Pressão (MPa).

5.11 Análise de Selamento Superficial do Solo

Para a análise de selamento superficial foi utilizada o método de

descrição de lâminas polidas de solo. Para isso, foram utilizadas seções de

23

tubos de PVC com diâmetro e altura de 5 cm que serviram de amostradores de

solo.

Antes de iniciar as simulações de chuvas, foi coletada uma amostra para

servir de testemunha. Após as chuvas de 0 e 48h foram coletadas amostras

nas parcelas com os dois tratamentos: solo coberto e solo descoberto. Após as

coletas, as amostras ficaram expostas ao ar por dez dias para secarem e

atingirem uniformidade do teor de umidade.

Após o processo de secagem, as amostras foram saturadas com

acetona e, posteriormente, impregnadas com resina Aradur HY 951, que foi

diluída em estire (hidrocarboneto aromático não saturado), seguindo o método

proposto por MURPHY (1986).

Figura 8. Peças cortadas com espessura de 0,5 cm.

Já impregnadas, as amostras foram cortadas em peças verticais à

superfície com cerca de 0,5 cm de espessura (Figura 8). As peças foram

coladas com araldite GY 260 em lâminas delgadas de secção fina (2,6 x 7,6

cm) para microscópio óptico (Figura 9), tendo a face do bloco polida com uma

lixadeira mecânica. Foram confeccionadas lâminas delgadas para amostras

coletadas após aplicação das chuvas simuladas 0h e 48h, com e sem

cobertura morta.

0 2,5 5,0

cm

24

Figura 9. Colagem das peças nas lâminas de vidro.

Com parte da espessura já reduzida, procedeu-se manualmente um

polimento com pasta adiamantada (6 a 12 μm) até as lâminas atingirem a

espessura desejada (30 μm) (Figura 10). O controle da espessura foi realizado

com observações frequentes através do microscópio para que se atingisse a

coloração cinza do quartzo. Todo esse preparo das lâminas delgadas foi

realizado no Departamento de Geologia da UFPE.

Figura 10. Polimento manual com pasta diamantada (6 a 12 μm).

Com as lâminas delgadas confeccionadas, foi efetuada a descrição

micromorfológica das amostras no Laboratório de Cristaloquímica e

Micromorfologia do Solo na UFRPE/UAG, a fim de apresentar as feições e a

25

caracterização geral das lâminas para os diferentes tratamentos e tempos após

chuva simulada. Com auxílio do microscópioóptico (Figura 11) procedeu-se a

descrição micromorfológica, seguindo os critérios propostos por Bullock et al.

(1985).

Figura 11. Microscópio óptico.

5.12 Análise da Condutividade Hidráulica em Laboratório

Para a análise da condutividade hidráulica, foi utilizado o método

proposto por Teixeira et al. (2017) com modificações, para o qual foram

coletadas amostras indeformadas antes e depois dos três intervalos de chuvas

simuladas (0, 24 e 48h) nos dois tipos de tratamentos, solo descoberto e solo

com cobertura morta, totalizando 48 amostras.

Após a coleta, as amostras foram devidamente identificadas e

envolvidas por plástico filme para que mantivessem a estrutura preservada. No

laboratório de Física do Solo da Universidade Federal Rural de Pernambuco,

as amostras receberam um pré-tratamento, onde o excesso de solo dos anéis

foi removido para que o solo ficasse na mesma linha de altura do anel. Na

parte inferior de cada anel, foi colocada uma tela sustentada por ligas elásticas

26

para que se evitasse a perda de solo e também permitisse a passagem

ascendente da água. Na parte superior, foi encaixado outro anel de mesmo

diâmetro (5 cm) e 2,5 cm de altura, fixado ao anel inferior por fita adesiva. Após

esse procedimento, as amostras foram acomodadas em uma bandeja de

plástico com uma espuma de 1,5 cm de espessura, evitando o contato direto

das amostras com a base da bandeja.

O próximo passo foi colocar água na bandeja onde estavam as

amostras. A água estava previamente aquecida para facilitar a eliminação de

todo o ar existente tanto na água como a espuma, facilitando assim a

saturação das amostras. Depois de todo esse pré-tratamento, a bandeja foi

totalmente envolvida por plástico filme até que as superfícies do solo nos

cilindros estivessem espelhadas, ou seja, atingissem a saturação (Figura 12).

Figura 12. Amostras em saturação.

Ao atingirem a saturação as amostras receberam uma proteção

de papel filtro na parte superior, com objetivo de permitir a passagem da água,

porém evitar que houvesse um contato direto do solo com a carga constante de

água ao iniciar a análise.

O passo seguinte foi acomodar as amostras em uma plataforma

de apoio e ajustar as garrafas PET de 500 ml contendo água de modo que o

pico na tampa da garrafa mantivesse o nível da carga hidráulica constante em

2 cm de altura (Figura 13).

27

Figura 13. Amostras em teste de condutividade hidráulica.

Com o início da percolação da água, é anotado o tempo de início de

cada cilindro, medindo o volume percolado a cada 10 minutos. O teste terminou

quando os coeficientes de variação das três últimas leituras do volume

percolado forem menores que 20% para cada amostra.

Com o volume coletado, foi possível chegar à condutividade

hidráulica do solo através da equação 15.

𝑲 = 𝑸∗𝑳

𝑨∗𝑯∗𝒕 (15)

Onde,

K – condutividade hidráulica (cm h-1);

Q – volume percolado (ml);

L – altura do cilindro com solo (cm);

A – área do cilindro (cm2);

H – altura do cilindro com solo e da coluna de água (cm);

t – tempo de percolação (h).

28

5.13 Análise Estatística

O experimento foi montado em delineamento inteiramente casualizado,

em esquema fatorial de 3 x 2 x 4, onde se teve um tipo de solo, três aplicações

sucessivas de chuvas simuladas (0, 24 e 48h), com solo sem cobertura morta

(SSC) e solo com cobertura morta (SCC) e quatro repetições.

Para que se reduzisse o coeficiente de variação dos dados encontrados,

os mesmos foram transformados para √x.

Através do teste de análise de variância (ANOVA), avaliou-se uma série

de variáveis como: características hidráulicas do escoamento superficial, perda

de água e solo, estabilidade de agregados e resistência à penetração.

Com a utilização do Software Sisvar 5.6, foram feitas as análises

estatísticas por comparação de médias dos tratamentos através do teste de

Tukey, ao nível de 5% de significância.

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1 Estabilidade de Agregados

A distribuição do percentual dos agregados estáveis em água nas

diferentes classes, o diâmetro médio ponderado (DMP) e módulo de finura

(MF) nas camadas 0-20 e 20 – 40 cm encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3. Distribuição de percentual dos agregados nas diferentes classes, diâmetro médio ponderado (DMP) e módulo de finura (MF), para o Argissolo Amarelo.

Prof. Classes de Agregados DMP MF

%

Cm >2 2,0 - 1,0 1,0 - 0,5 0,5 - 0,25 <0,25 mm

0 -20 11,59 a 12,98 a 13,72 a 13,88 a 18,53 a 0,77 a 1,97 a

20 - 40 12,96 a 13,29 a 12,93 a 13,88 a 18,81 a 0,82 a 2,03 a

Médias seguidas de mesmas letras nas colunas não diferem entre si, pelo teste de Tukey a 5% para profundidade de 0 - 20 cm e de 20-40 cm.

29

De acordo com a tabela 3, percebe-se que estatisticamente, que não

houve diferença entre nenhuma classe de agregados nas duas profundidades

estudadas: de 0 – 20 cm e de 20 – 40 cm.

A semelhança encontrada para as análises das duas profundidades

confirma que o teor de matéria orgânica é bastante parecido nas duas

camadas, isto porque, o processo de formação de agregados está relacionado

ao teor de matéria orgânica (SILVA, 2016). De fato, o solo amostrado estava

em desuso e há tempo não recebia nenhum resíduo orgânico, o que explica a

baixa quantidade de carbono orgânico. Além disso, a área estudada não

recebia preparos iniciais do solo, que de acordo com Abrão et al. (2017),

interferem diretamente na distribuição da estabilidade dos agregados do solo,

já que os tratos culturais envolvem a aplicação de adubos orgânicos que

favorecem à formação de maiores agregados do solo.

Com relação ao diâmetro médio das partículas (DMP),esta variável tem

sua quantificação diretamente ligada aos teores de argila e carbono orgânico

(VASCONCELOS et al.,2013). Os autores relatam que na maioria das vezes

um baixo DMP revela que o solo está mais susceptível às perturbações e

consequentemente à erosão, concluindo-se que quanto maior o DMP maior

será o teor de matéria orgânica, implicando numa maior estabilidade dos

agregados.

Por fim, tem-se o módulo de finura (MF) que é usado para representar o

quanto que os agregados são finos ou mais grossos. Segundo Bernadi (2006),

quanto maior o MF, mais graúdo e estável são os agregados.

6.2 Condutividade Hidráulica

Diante das mais variadas propriedades físicas do solo, a condutividade

hidráulica é uma das mais importantes, isso porque ela é capaz de determinar

tanto qualitativamente quanto quantitativamente o movimento da água no perfil

do solo (JUNQUEIRA et al., 2018).

Analisando a tabela 4 percebe-se que a condutividade hidráulica (Ko) foi

estatisticamente diferente tanto para os intervalos de chuvas como para o solo

com ou sem cobertura morta.

30

Entre os intervalos, a diferença estatística deve-se ao fato que a cada

chuva o solo tornava-se mais adensado, dificultando a percolação da água no

solo.

Tabela 4. Condutividade hidráulica (Ko) para solo sem cobertura morta (SSC) e com cobertura morta (SCC).

Tempo de Condutividade Hidráulica (ko)

Aplicação cm/h

da Chuva SSC SCC

Argissolo Amarelo

0h 2,11 aA 2,93 aB

24h 0,95 bA 1,75 bB

48h 0,41 cA 0,79 cB

6.3 Característica da Hidráulica do Escoamento Superficial

Observando a tabela 5 percebe-se que o Número de Reynolds (Re) nos

dois tratamentos foram menores que 500, e o número de Froude foi menor que

1, podendo ser classificado o escoamento como laminar lento (SILVA, 2011). O

que de acordo com Bezerra (2004) são características para que aconteçam

erosões entre os sulcos, concordando com os resultados obtidos por Cassol e

Lima (2003) e Bezerra e Cantalice (2006).

Tabela 5. Número de Reynolds (Re), número de Froude (Fr) e o coeficiente de rugosidade de Manning (n), para solo sem cobertura morta (SSC) e com cobertura morta (SCC).

Tempo

de

Aplicação

da Chuva

Re Fr n

s m-1/3

SSC SCC SSC SCC SSC SCC

0h 31,10 bA 18,04 bB 0,10 bA 0,07 aB 0,00064 aA 0,00080 bB

24h 35,80 abA 30,64 aB 0,14 abA 0,06 aB 0,00045 aA 0,00154 aB

48h 38,88 aA 35,40 aB 0,18 aA 0,06 aB 0,00029 aA 0,00180 aB

Médias seguidas de letras minúsculas na mesma coluna e de letras maiúsculas na mesma linha para cada variável observada, não diferem entre si, ao nível de 5% de significância, pelo teste de Tukey.

31

A presença da cobertura morta foi determinante para se obter valores de

rugosidade significativamente maiores do que o tratamento sem cobertura. A

presença da cobertura aumentou a resistência ao escoamento superficial,

contribuindo assim para uma menor erosão do solo (Tabela 5).

Com relação à descarga líquida (Tabela 6) percebe-se que na ausência

da cobertura morta o valor torna-se significativamente maior do que quando se

usa a cobertura para os mesmos intervalos de chuva. Para o mesmo

tratamento foi encontrada diferença significativa ente os intervalos de 0 e 24, e

de 0 e 48 horas, esta diferença deve-se ao fato de que no primeiro intervalo de

simulação de chuva (0h) o solo encontrava-se não saturado e por isso houve

uma maior infiltração até que o escoamento superficial fosse gerado e com ele

começassem as erosões laminares. Porém, nos demais intervalos (24 e 48h),

ao iniciar a simulação, o solo já se encontrava em situação de saturação

proveniente da chuva anterior, o que gerou rapidamente o escoamento

superficial e consequentemente a erosão laminar.

Tabela 6. Descarga líquida, velocidade de escoamento para o Argissolo Amarelo sem cobertura (SSM) e com cobertura (SCC).

Tempo de

Aplicação

da Chuva

Descarga

Líquida

m2 s-1

Velocidade do

escoamento

m s-1

SSC SCC SSC SCC

0h 2,9 x 10-5 bA 1,6 x 10-5bB 0,01454 bA 0,00919 aB

24h 3,4 x 10-5 aA 3,3 x 10-5 aB 0,01901 aA 0,01034 aB

48h 3,6 x 10-5 aA 2,9 x 10-5 aB 0,02266 aA 0,01032 aB


Analisando a velocidade do escoamento superficial (Tabela 6), fica nítido

que o uso da cobertura morta reduziu significativamente quando comparado

com o solo descoberto. Essa redução deve-se ao fato de que a cobertura morta

com densidade de 3 Mg ha-1aumentou a rugosidade (n), dificultando o fluxo de

água ao longo da parcela, assim como observados por Silva (2016), e

constatado pela não diferença estatística entre os intervalos de chuva para

esse tratamento.

32

Silva et al. (2018) destacam que o uso da cobertura morta apresenta

uma série de benefícios como a retenção de água no solo e redução na

velocidade do escoamento superficial.

De acordo com Abrantes et al. (2015) o uso da cobertura morta além de

diminuir a velocidade do escoamento superficial, também aumenta a altura da

lâmina líquida, como pode ser visto na tabela 6, indo de acordo com outros

estudos (Chen et al., 2007; Santos et al., 2009), isto porque a camada de

cobertura morta dificulta o escoamento da água pela barreira física criada,

fazendo com que esta água se acumule na superfície do solo, como descrito

por Lima et al. (2014).

Tabela 7. Altura de escoamento, e viscosidade para Argissolo Amarelo sem cobertura (SSM) e com cobertura (SCC).

Tempo de

Aplicação

da Chuva

Altura do

escoamento

Viscosidade

Cinemática

m m2 s-1

SSC SCC SSC SCC

0h 1,95 x 10-3 aA 2,47 x 10-3bB 9,29 x 10-7aA 9,44 x 10-7aA

24h 1,87 x 10-3aA 2,83 x 10-3aB 9,56 x 10-7aA 9,23 x 10-7aA

48h 1,66 x 10-3aA 3,22 x 10-3aB 9,43 x 10-7aA 9,43 x 10-7aA


Analisando a viscosidade cinemática da água (tabela 7) percebe-seque

entre os tipos de coberturas, assim como também, entre os intervalos de

aplicação da chuva (0, 24 e 48h) não houve diferenças significativas, isso se

deve ao fato de que a temperatura da água utilizada para a simulação não

sofreu grandes variações, já que a viscosidade cinemática da água está

diretamente ligada à temperatura.

É possível perceber que ao ser comparado o solo com cobertura morta e

o solo sem cobertura, há uma redução significativa da taxa de desagregação e

da perda de solo, mostrando que o uso de cobertura morta sobre a superfície

do solo diminui a degradação do solo pela desagregação das partículas a partir

do impacto causado pelas gotas de chuva (Tabela 8). Porém, como observado

também por Silva (2016) em estudo com o mesmo tipo de solo (Argissolo

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1415-43662015000200166#B01

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1415-43662015000200166#B16

33

Amarelo) e a mesma cobertura (capim Brachiaria decumbens), entre os

intervalos de aplicações da chuva simulada (0, 24 e 48h) não houve diferenças

significativas tanto para o solo com cobertura, quanto para o solo descoberto,

quando observadas a perda de solo e a taxa de desagregação.

De acordo com a Agência Pernambucana de Águas e Clima - APAC

(2019), a bacia hidrográfica do Alto Ipanema possui uma área de 6.209,67 km2,

que ao ser levada em consideração para uma projeção de perda de solo em

toda a bacia,resultaria em 39.431,41 toneladas para o intervalo de 0h;

33.345,93 toneladas para o intervalo de 24h e 37.195,92 toneladas para o

intervalo de 48h, o que evidencia a grande quantidade de solo perdido sempre

que há chuvas na área estudada.

Da mesma forma, ao ser projetada a taxa de desagregação para toda a

bacia hidrográfica, verifica-se grandes valores, como: 218,59 toneladas por

segundos no primeiro intervalo (0h); 201,19 toneladas por segundos no

segundo intervalo (24h) e 220,44 toneladas por segundos para o terceiro

intervalo (48h).

A quantidade de solo desagregada e perdida pode chegar a números

bastante elevados quando projetados para a área total da bacia, o que pode

causar grandes consequencias, tendo em vista que não apenas o solo está

sendo degradado, mas também os nutrientes essenciais para o

desenvolvimento das culturas estão sendo carreados juntamente com o solo.

Tabela 8. Perda de solo, taxa de desagregação e perda de água para Argissolo Amarelo para solo sem cobertura (SSM) e solo com cobertura (SCC).

Tempo de

Aplicação

da Chuva

Perda de Solo Taxa de

desagregação

Perda de

água

Kg m-2 Kg m-2 s-1 %


0h 0,00916 aA 0,00281 aB 5,02 x 10-5aA 1,50 x 10-5aB 10,63 bA 6,34 bB

24h 0,00782 aA 0,00245 aB 4,55 x 10-5aA 1,31 x 10-5aB 12,32 abA 10,41 aB

48h 0,00813 aA 0,00214 aB 4,70 x 10-5aA 1,15 x 10-5aB 13,93 aA 12,24 aB


34

6.4 Escoamento Superficial e Taxas de Infiltração

O uso de resíduos vegetais na superfície do solo reduziu em

aproximadamente 42% o escoamento superficial para o primeiro intervalo de

chuva simulada, seguindo a redução em 19% para o segundo intervalo e de

12% no terceiro (Tabela 9). Na prática, esses números indicam que a técnica

utilizada para barrar o escoamento mostrou-se eficiente, uma vez que, ao

amenizar o escoamento, reduz-se a erosão do solo.

Outra variável apresentada na tabela 9 é a infiltração da água no solo

estudado. Essa grandeza mostrou-se significativamente influenciada pelo uso

ou não da proteção do solo com o capim. A condição de solo sem cobertura,

apresentou reduções da infiltração de água no solo de 70%, 52% e 71% para

os intervalos de0h, 24h e 48h, respectivamente, em relação ao solo coberto.

Levando-se em conta que se trata de uma região com escassez de água, o

volume maior de água infiltrada resulta em um maior aproveitamento do solo

para a agricultura por parte dos pequenos produtores rurais daquela localidade.

Tabela 9. Escoamento superficial, infiltração e tempo inicial de escoamento para o Argissolo Amarelo para solo sem cobertura morta (SSC) e com cobertura morta (SCC).

Tempo de

Aplicação

da Chuva

Escoamento

Superficial

Infiltração

Tempo Inicial

do escoamento

mm h-1 mm h-1 minutos


0h 47,50 aA 27,70 aB 7,61 aA 26,06bB 4,94 aA 5,68 aB

24h 48,00aA 38,65 bB 7,92 aA 16,49 aB 2,22 bA 5,24 aB

48h 50,25 aA 43,80 bB 3,10 aA 10,86 aB 1,88 bA 4,82 aB


Diante da redução do escoamento superficial e da maior infiltração no

solo, percebe-se que o início do escoamento também foi alterado de forma

significativa com a presença da cobertura com o capim. Este acontecimento

deve-se ao fato de que a barreira criada pela cobertura morta impediu que a

35

água escoasse pelo solo de forma livre, ou seja, criou uma resistência que

retardou o início do escoamento, e ao ocasionar esse atraso, aumentou o

tempo de contato da água com o solo, contribuindo desta forma para uma

maior infiltração.

Entre os intervalos de chuva,verifica-seque para o solo semcobertura

(SSC) houve diferença significativa no intervalo 0h em comparação com os

intervalos 24 e 48h, o que pode ser explicado pelo fato do teor de umidade ser

baixo no solo, inicialmente, promovendo um retardo. Entretanto para o solo

coberto (SCC) não houve diferença significativamente entre os intervalos,

demonstrando a eficiência da cobertura no retardo do escoamento superficial

mesmo ocorrendoprecipitação antecedente.

Deuschle (2016) afirma que o uso da cobertura é uma prática de

controle de erosão do solo que além de interceptar e absorver o impacto das

gotas da chuva, também, é responsável por promover a estrutura do solo e

evitar o selamento superficial. No entanto, os benefícios vão além dos já

mencionados, como o aumento da infiltração e redução do escoamento

superficial, o que adia o início do escoamento.

Silva (2016) alerta que a umidade do solo que antecede o experimento

não pode ser desprezada, uma vez que quando o solo já se encontra com uma

umidade um pouco mais elevada, haverá uma tendência de ocorrer um maior

escoamento superficial em menor tempo. Nesse sentido, a umidade

antecedente (Tabela 10) foi mais elevada no tratamento sem cobertura morta

(SSC) do que a apresentada pelo solo com cobertura morta (SCC), isto porque

houve precipitação nos dias que antecederam o experimento com o solo

descoberto, já que os testes não foram realizados no mesmo período.

No entanto, mesmo o solo descoberto tendo partido de uma umidade

inicial superior à encontrada no solo protegido (Tabela 10), fica evidente que o

uso da cobertura morta proporcionou um aumento gradativo da umidade em

que é possível afirmar que esta técnica de proteção favoreceu para que o solo

armazenasse mais água do que o solo descoberto, já que inicialmente o solo

protegido encontrava-se com menos de 1% de umidade e no final do

experimento chegou a ter mais de 12%, ou seja, teve uma amplitude de

variação na umidade de mais de 11%, já no desprotegido esta amplitude não

variou mais do que 6%, o que confirma a ideia dos benefícios trazidos pelo uso

da cobertura morta.

36

Tabela 10. Percentual de umidade para o Argissolo Amarelo para o solo sem cobertura (SSC) e solo com cobertura (SCC), antes da aplicação de chuva e após a aplicação de três chuvas sucessivas, separadas por 24h.

Inicial Após 0h Após 24h Após 48h

Umidade do Solo (g/g)

SSC SCC SSC SCC SSC SCC SSC SCC

0,084 0,007 0,128 0,101 0,135 0,111 0,140 0,122

A figura 14 apresenta os dados de escoamento superficial e infiltração

de água no solo ao longo do tempo. Épossível observar que o uso da cobertura

morta apresentou um comportamento diferenciado para o escoamento

superficial e a infiltração quando comparados com o que aconteceu com o solo

descoberto. Para BORGES (2013) a técnica de usar resíduos vegetais sobre o

solo resulta em um aumento da infiltração, bem como, uma redução do

escoamento superficial.

Para Spohret al. (2009), os fatores que influenciam a infiltração de água

no solo interferem também no escoamento superficial resultante. De modo

geral, sob uma intensidade constante de chuva, a infiltração e o escoamento

superficial são processos antagônicos: à medida que um diminui (infiltração) o

outro aumenta (escoamento), até atingirem certo equilíbrio dinâmico

(estabilização).

Ao comparar os dois tratamentos (SSC e SCC) no escoamento

superficial, percebe-se que após atingir a saturação, o solo descoberto tem

pouca variação na quantidade de água escoada para os três intervalos de

chuva, o que não se repete na situação de solo com cobertura. Isso pode ser

explicado pela presença da cobertura morta que funciona como uma barreira,

dificultando o escoamento superficial. Porém, à medida que as chuvas foram

sendo simuladas (0, 24 e 48h), a cobertura morta tinha mais dificuldade para

barrar o escoamento, o que pode ser comprovado pelo aumento desse

escoamento a cada chuva simulada, apresentando a diferença, entre as

curvas, mais evidente do que na condição do solo descoberto. No entanto,

mesmo com o aumento do escoamento superficial no solo com cobertura, a

quantidade de água escoada foi menor do que quando o solo encontrava-se

totalmente descoberto.

37

Figura 14. Escoamento superficial e infiltração, relacionados com os tempos (0, 24 e 48h) para o solo sem cobertura morta (SSC) e solo com cobertura (SCC).

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35Esco

ame

nto

su

pe

rfic

ial (

mm

/h)

Tempo (min)

SSC

0 h

24 h

48 h

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35Esco

ame

nto

su

pe

rfic

ial (

mm

/h)

Tempo (min)

SCC

0 h

24 h

48 h

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

Infi

ltra

ção

(m

m/h

)

Tempo (min)

SSC

0 h

24 h

48 h

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35In

filt

raçã

o (

mm

/h)

Tempo (min)

SCC

0 h

24 h

48 h

38

Na infiltração da água no solo a situação é semelhante à que ocorre no

escoamento superficial, ou seja, para o solo sem cobertura não há muita

variação da quantidade de água infiltrada quando se observam os três

intervalos de chuvas. Por sua vez, no solo com cobertura morta existe uma

maior variação na quantidade de água infiltrada para os intervalos de chuva

simulada. Mais uma vez a explicação para isso é a cobertura morta, que ao

dificultar o escoamento superficial colabora para que a água tenha mais tempo

em contato com o solo e consequentemente favoreça a infiltração. No intervalo

inicial (0h) há uma maior infiltração, isso porque o solo encontra-se seco, ideal

para que haja a infiltração, porém, nos demais intervalos (24 e 48h) o solo já se

encontra com um teor de umidade alta, o que dificulta a infiltração, o que pode

ser percebido pelo menor volume de água infiltrado à medida que as chuvas

eram simuladas. Contudo, mesmo havendo uma diminuição gradativa da

infiltração no solo com cobertura, os números da infiltração desse tratamento

foram sempre maiores do que quando o solo encontrava-se descoberto para os

mesmos intervalos de chuva.

6.5 Resistência à Penetração

Ao ser analisadaa resistência à penetração da camada superficial do

solo, foi constatado que houve diferença significativa entre os tratamentos

adotados(Tabela 11).

Tabela 11. Resistência à penetração (RP) e de umidade (U) na capacidade de campo na camada de 0-0,02m, para o Argissolo Amarelo sem cobertura (SCC) e com cobertura morta (SCC).

Tempo de

Aplicação

da Chuva

RP U

MPa g/g

SSC SCC SSC SCC

0h 2,06 aA 0,90 aB 0,064aA 0,105aB

24h 2,38 aA 1,16 aB 0,123bA 0,150bB

48h 2,46 aA 1,44 aB 0,133bA 0,164bB


39

De acordo com Silveira et al. (2010), das propriedades físicas do solo, a

mais adequada para expressar o grau de compactação é a resistência à

penetração, resultando na maior ou menor facilidade que as raízes têm para

penetrar no solo. Sendo assim, a resistência à penetração é um dado relevante

como indicativo da dinâmica do crescimento e desenvolvimento das raízes.

Tanto nas parcelas cobertas como nas descobertas não se observou

diferenças significativas entre os intervalos de chuva. Porém, entre o solo com

cobertura morta (SCC) e solo sem cobertura morta (SSC) existiu diferença

significativa entre os valores calculados, o que indica que a técnica de cobrir o

solo com resíduos vegetais é eficiente no combate ao selamento superficial.

Valores de resistência a penetração na ordem de 2 a 3 MPa são tidos

como um problema para as raízes, uma vez que, nessas condições muitas das

culturas teriam suas raízes com um desenvolvimento limitado (Hamza&

Anderson, 2005). Observando os dados da tabela 10, vale destacarque para o

solo sem cobertura as raízes enfrentariam dificuldades de crescimento, já que

para este tratamento a RP ficou entre o intervalo crítico de 2 a 3 MPa. Por outro

lado, ao usar a cobertura morta os valores de resistência à penetração caem

de forma muito satisfatória, saindo do intervalo crítico e proporcionando um

ambiente sem maiores limitações para o desenvolvimento radicular.

Para ambos os tratamentos (SSC e SCC) as maiores resistências à

penetração deram-se após a aplicação da chuva às 48h, fato que evidencia o

adensamento do solo devido às respectivas chuvas simuladas.

Em conformidade com o experimento de Silva (2016), observou-se que

para uma umidade resultante de 10 kPa de tensão, houve diferença entre as

parcelas que estavam sem cobertura e as que estavam cobertas, nas quais as

descobertas apresentaram maiores resistências à penetração e menores

umidades percentuais. O que ratifica a ideia de que a cobertura morta reduz o

encrostamento superficial do solo, aumenta a infiltração e a umidade e,

consequentemente, favorece para que o solo tenha menos erosão.

40

6.6 Selamento Superficial

Na Tabela 12 apresentam-se as descrições micromorfológicas do solo

em razão de cinco lâminas: testemunha, chuva aplicada após 0h e 48h, para as

condições de solo com e sem cobertura.

Quanto aos componentes do solo, a lâmina testemunha apresentou a

zona 1 com as seguintes proporções: material grosso (70%), porosidade (20%),

material fino (10%). Após a aplicação da chuva 0h, tanto o tratamento sem

cobertura como o com cobertura, apresentaram a zona 1 da seguinte forma:

material grosso (70%), porosidade (25%), material fino (5%), evidenciando que

a chuva reduziu o teor de material fino, onde deu lugar a formação de espaços

vazios, aumentando dessa forma a porcentagem de porosidade.

Ainda, analisando os componentes proporcionais do solo, a zona 2 foi a

mesma para a testemunha e para os dois intervalos (0 e 48h) em ambos os

tratamentos (SSC e SCC): material grosso (70%), porosidade (15%), material

fino (15%). Com as simulações das chuvas, percebeu-se que as lâminas

correspondentes ao intervalo 48h não apresentaram zona 1, isso deve-se ao

fato de que a continuidade da chuva ocasionou a erosão por completa da zona

1, permanecendo-se apenas a zona 2 inalterada, pois as chuvas foram

efetivamente erosivas até 2 cm de profundidade.

As análises para a testemunha mostraram que as zonas 1 e 2

apresentaram materiais grossos pobremente selecionados, ou seja, há grãos

de vários tamanhos, compostos por: quartzo e feldspato. O primeiro

apresentou-se de formas: subalongada à esférica e subarredondadas à

angular, tendo na zona 1 dominância por grãos mais finos, com distribuição

paralela a superfície e na zona 2 grãos de tamanhos variados, com distribuição

aleatória e com bordas lisas, podendo apresentar fraturas.O segundo possuiu

tamanhos variados com classes de alteração 1, 2 e 3, tipo pelicular e linear

irregular nas zonas de fraturas.

Ao ser comparado com a testemunha, observou-se que para o intervalo

0h nos tratamentos SSC e SCC foram mantidas as características dos

materiais grossos para ambas as zonas, surgindo na zona 2 a presença de

carvão e raízes, ficando nitidamente perceptível no SSC a distribuição paralela

à superfície dos materiais grossos na zona 1, enquanto que na zona seguinte a

distribuição foi de forma aleatória.

41

No intervalo de 48h, os materiais grossos apresentaram as mesmas

características da testemunha e do intervalo 0h, exceto pelo fato de haver

apenas a zona 2, a qual apresentou distribuição aleatória.

42

Tabela 12. Descrição micromorfológica do solo em razão de duas lâminas de chuva aplicada após 0h e 48h com e cobertura.

SSC SSC SCC SCC

Testemunha 0h 48h 0h 48h

Geral

Duas zonas na

lâmina:

Z1 = topo da lamina

(superfície do

terreno), com

espessura de

aproximadamente

0,5 cm, com

orientação paralela

e transição abrupta

para a Z2.

Z2 = centro e base

da lamina,

(subsuperfície), com

materiais mais

grossos distribuídos

de maneira

aleatória.

Duas zonas na

lâmina:

Z1 = topo da lamina

(superfície do

terreno), com

espessura de

aproximadamente 2

cm, materiais mais

finos distribuídos

com orientação

ondulada e

transição abrupta

para Z2.

Z2 = centro e base

da lamina

(subsuperfície), com

materiais mais


Uma zona, com

características

semelhantes a Z2.

Duas zonas na

lâmina:

Z1 = espessura de

0,5 - 1 cm. Domínio

de grãos médios e

finos. Transição

ondulada e clara

entre as zonas 1 e

2.

Z2 = materiais mais


de maneira

aleatória.

Representa 80 a 90

% da lâmina.

Uma zona, com

características

semelhantes a Z2.

43

de maneira

aleatória.

Proporção dos

Componentes

Z1 = MG (70%), P

(20%), MF (10%).

Z2 = MG (70%), P

(15%), MF (15%).

Z1 = MG (70%), P

(25%), MF (5%).

Z2 = MG (70%), P

(15%), MF (15%).

Z2 = MG (70%), P

(15%), MF (15%).

Z1 = MG (70%), P

(25%), MF (5%).

Z2 = MG (70%), P

(15%), MF (15%).

Z2 = MG (70%), P

(15%), MF (15%).

Material Grosso

Z1 e Z2 =

Pobremente

selecionado,

composto por:

quartzo e

feldspatos.

-Quartzo:

subalongado a

esférico;

subarredondados a

angulares.

Z1 e Z2 =

Pobremente

selecionado,

composto por:

quartzo e

feldspatos.

Na Z2, idem a Z1,

mais carvão e

raízes.

- Quartzo:

subalongado a

esférico;

subarredondados a

angulares.

Z2 = Pobremente

selecionado,

composto por:

quartzo, feldspatos,

carvão e raízes.

- Quartzo:

subalongado a

esférico;

subarredondados a

angulares.

- Feldspatos:

classes 1, 2 e 3 de

Z1 e Z2 =

Pobremente

selecionado,

composto por:

quartzo e

feldspatos.

Na Z2, idem a Z1,

mais carvão e

raízes.

- Quartzo:

subalongado a

esférico;

subarredondados a

Z2 = Pobremente

selecionado,

composto por:

quartzo, feldspatos,

carvão e raízes.

- Quartzo:

subalongado a

esférico;

subarredondados a

angulares.

- Feldspatos:

classes 1, 2 e 3 de

44

Z1 – dominada por

grãos mais finos.

Z2 – variados

tamanhos de grãos;

Bordas lisas,

podendo apresentar

fraturas.

- Feldspatos:

tamanhos

variados,classes de

alteração 1, 2 e 3,

tipo pelicular e linear

irregular nas zonas

de fraturas.

Z1 – distribuição

paralela a

superfície.


aleatória.

- Feldspatos:

classes 1, 2 e 3 de

alteração, tipo

pelicular e irregular

nas zonas de

fraturas.


paralela à

superfície.


aleatória.

alteração, tipo


nas zonas de

fraturas.

Distribuição

aleatória.

angulares.

- Feldspatos:

classes 1, 2 e 3 de

alteração, tipo


nas zonas de

fraturas


ondulada.


aleatória.

alteração, tipo


nas zonas de

fraturas

Distribuição

aleatória.

45

Material Fino

Z1 e Z2 = Bruno

amarelado claro

(LT) e amarelo

pálido (LI), límpido e

isótico.

Z1 e Z2 = Bruno

amarelado claro

(LT) e amarelo


isótico.

Z2 = Bruno

amarelado escuro

(LT) e amarelo


isótico.

Z1 =

Amareladobrunado.

Z2: Amarelo

brunado, com mais

presença de argila.

Z2 = Amarelo

brunado.

Fábrica-b

Z1 e Z2 =

Indiferenciada.

Z1 e Z2 =

Indiferenciada.

Indiferenciada.

Z1 e Z2 =

Indiferenciadas.

Indiferenciada.

Distribuição relativa

Z1 = Mônica –

Gefúrica –

Quitônica.

Z2 = Porfírica

Z1 = Mônica –

Gefúrica –

Quitônica.

Z2 = Porfírica

Porfírica

Z1 = Mônica -

Quitônica.

Zona 2 = Porfírica

Porfírica

Microestrutura

Z1= Complexa =

Grão simples e

grãos com películas

e pontes.

Z2 = Maciça.

Z1 = Laminar

Z2 = Maciça.

Maciça.

Z1 = Complexa -

grãos simples e com

películas.

Z2 = Maciça.

Maciça.

Porosidade

Z1 =

Empacotamento

simples.

Z1 =

Empacotamento

simples, cavidades

Poucas cavidades

irregulares.

Z1 =

Empacotamento

simples.

Poucas cavidades

irregulares.

Presença de canais

46

Z2 = Poucas

cavidades

irregulares.

(poucas) e vesículas

(base da zona 1).

Z2 = Poucas

cavidades

irregulares.

Z2 = Poucas

cavidades

irregulares.

Presença de canais

Feições Pedológicas Ausentes.

Z1 = Preenchimento

denso completo,

amarelo-brunado,

impura (argila+silte),

orientação fraca,

extinção ausente.

Ausentes. Ausentes.

Excrementos =

bruno-avermelhado,

moderada

coalescência,

moderadamente

preservados, em

cavidades regulares

próximos a

fragmentos de

raízes.

Legenda: Zona 1 (Z1), Zona 2 (Z2), Material grosso (MG), Porosidade (P), Material Fino (MF), Luz transmitida (LT), Luz incidente (LI).

47

O material fino apresentou-se, nas zonas 1 e 2, tanto para a testemunha

quanto para o tratamento sem cobertura, no intervalo 0h, nas cores Bruno

amarelado claro, na luz transmitida, e amarelo pálido para a luz incidente, além

de ser límpido e isótico, caracterizando o predomínio do quartzo e a perda de

argila.Para o intervalo 48h SSC, as características foram mantidas, exceto na

zona 1, a qual não esteve presente na lâmina. Para o tratamento com

cobertura morta, o intervalo 0h apresentou a zona 1 com coloração amarelada

brunada, indicando perda de argila, porém, na zona 2 encontra-se uma maior

quantidade de argila, mantida a cor predominante amarelada brunada. Para o

intervalo de 48h SCC, não foi observada a zona 1, porém, a zona dois

apresentou-se na coloração amarelada brunada com uma maior quantidade de

argila, indicando que houve uma transição do material argiloso inicialmente na

zona 1 para a zona2.

De acordo com as análises, tanto a testemunha quanto os tratamentos

solo descoberto e solo com cobertura nos intervalos 0 e 48h apresentaram

fábricas-b indiferenciadas. Para a distribuição relativa, a testemunha e o solo

descoberto no intervalo 0h apresentaram-se de forma Mônica – Gefúrica –

Quitônia na zona 1, já para o solo coberto, a distribuição observada foi Mônica

– Quitônica para a mesma zona e mesmo intervalo de chuva. A distribuição

relativa na zona 2 apresentou-se inalterada para todas lâminas, sendo elas de

forma Porfírica.

Para a microestrutura, foi possível perceber grandes variações quando

se compara a testemunha com as chuvas de 0 e 48h para o solo descoberto.

Inicialmente, o solo apresentava-se na zona 1 com uma microestrutura

complexa, formada por grãos simples e também grãos com películas e pontes,

evidenciando a existência de argila. Com a primeira chuva (0h), microestrutura

da zona 1 passou a ser laminar, resultado de uma reorganização do solo como

efeito da ação da chuva. Com a última chuva (48h) não foi observado a zona 1.

Entretanto, não foram observadas mudanças na zona 2 após as chuvas,

permanecendo a mesma com uma microestrutura maciça. Para o solo com

cobertura, a zona 1 manteve-se complexa com grãos simples e com películas,

evidenciando que a cobertura morta preservou a microestrutura do solo. Assim

como observado no tratamento anterior, a zona 2 também permaneceu

inalterada, com microestrutura maciça.

48

As mudanças provocadas pelo impacto das gotas de água da chuva

também são evidentes na porosidade, já que inicialmente o solo apresentava-

se na zona 1 com uma porosidade de empacotamento simples, e com a

primeira chuva com o solo descoberto além dessa característica foi possível

observar o surgimento de algumas cavidades e também vesículas na base

dessa zona. Com o solo coberto, a primeira chuva não apresentou mudanças

em relação à testemunha, ou seja, a cobertura morta foi eficiente para que a

porosidade fosse mantida. Para o intervalo 48h nos dois tratamentos a zona 1

não foi observada.No entanto, a zona 2 foi percebida em todas as lâminas com

a porosidade composta por poucas cavidades, acrescentando-se a isso a

presença de canais no tratamento com cobertura.

Inicialmente, o solo não apresentava feições pedológicas, porém após a

primeira chuva com o solo descoberto foram identificadas na zona 1 algumas

feições com preenchimento denso completo, de cor amarelo-brunado, além de

impura (silte e argila) presente na porosidade entre grãos maiores de uma das

camadas, com orientação fraca e extinção ausente. Para o mesmo intervalo

com o solo protegido, as feições foram ausentes. No intervalo 48h, o solo

descoberto apresentou feições ausentes, enquanto que com o solo com

cobertura foram identificados excrementos e feição na cor bruno avermelha de

moderadas coalescência e preservação. Essas feições encontram-se em

cavidades regulares próximas a fragmentos de raízes.

Observando as lâminas percebe-se que os selos superficiais não foram

registrados. Um forte indício de que a falta de agregação nos solos não

possibilitou formação do encrostamento superficial, o que se encontra em

conformidade com os resultados obtidos por Silva (2016). No entanto, a perda

da zona 1 em ambos os tratamentos no intervalo de 48h evidenciou que a força

de cisalhamento da chuva foi de tamanha proporção que nem mesmo o uso da

cobertura morta conseguiu evitar esse efeito.

Outro ponto importante a ser considero em relação a não observação do

selo superficial deve-se à insuficiência da ação dos ciclos de umedecimento e

secagem na reorganização do material fino. Esses ciclos são relevantes para

formação do encrostamento superficial.

De acordo com BORGES et al. (2014), a formação do selamento

superficial é resultante de uma série de fatos, ente eles: oscilações de

temperaturas e repetitivos ciclos de umedecimento e secagem do solo.

49

Sendo assim, a cobertura morta foi eficaz na preservação da porosidade

e da microestrutura do solo para a chuva de 0h, fato que não percebido para a

chuva no intervalo de 48h.

Figura 15. Micrografia da heterogeneidade da camada superficial na testemunha (A) e no intervalo 0h para SSC (B) e SCC (C).

A

B

C

50

De uma forma geral, a distribuição dos grãos foi heterogênea para a

testemunha e para intervalo 0h com e sem cobertura (Figura 15). Além disso,

apresentaram duas zonas (1 e 2) bem distintas. A heterogeneidade na zona 1

foi resultado da exposição do solo às chuvas (ROSA et al., 2013). Já para o

intervalo 48h, com e sem cobertura, encontraram-se apenas a zona 2, o que

sugere que a zona 1 foi erodida pela ação das chuvas simuladas.

Observando a lâmina testemunha (A), foi possível destacar claramente

duas zonas: zona 1 = próxima à superfície com espessura de

aproximadamente 0,5 cm e com transição abrupta e paralela para a próxima

zona. A zona 2 foi de subsuperfície, contendo materiais mais grossos

distribuídos de maneira aleatória (Figura 16).

Figura 16. Micrografia da lâmina testemunha com a zona 1 e zona 2.

No entanto, após a chuva no intervalo de 0h para o solo sem cobertura

(SSC) ficaram evidentes as primeiras mudanças em relação à testemunha.

Passou-se a observar com uma menor expressividade as duas zonas na

lâmina. A zona 1, que estava próxima a superfície passou a ter espessura de

aproximadamente 2 cm, composta por materiais mais finos (areia fina + areia

média + argila). Enquanto que a zona 2 apresentou uma menor quantidade de

argila, distribuídas de forma ondulada e abrupta (figura 17).

51

Figura 17. Micrografia do solo descoberto no intervalo de chuva 0h com a divisão ondulatória entre zonas 1 e 2.

A perda de argila e a reorganização da areia fina provavelmente deram

surgimento às vesículas. Para o solo com cobertura (SCC) o intervalo 0h

apresentou-se com menos perturbações. A zona 1 manteve-se com 0,5 cm

com pontos que chegam a no máximo 1cm, tendo o domínio de grãos médios e

finos. A transição dessa zona para a segunda foi de forma ondulada e clara

(figura 18).

52

Figura 18. Micrografia do solo com cobertura no intervalo de chuva 0h com a divisão ondulatória entre as zonas 1 e 2.

A zona 2 em todas as lâminas manteve-se inalterada, ou seja, a ação da

chuva não causou efeitos nesta zona (Figura 19).

53

Figura 19. Micrografia da zona 2 do solo inalterada para a testemunha (A), solo sem cobertura no intervalo 0h (B) e 48h (C); solo com cobertura no intervalo 0h (D) e 48h (E).

A B

C D

E

54

7. CONCLUSÕES

1. O uso da cobertura morta reduziu a perda de solo em até 73,68%, a taxa

de desagregação em até 75,53%, a perda de água em até 40,36% e a

resistência à penetração em até 56,31%.

2. O solo coberto com resíduos vegetais obteve um acréscimo de

infiltração de até 250,32% e também um retardo no início do

escoamento superficial.

3. A utilização da cobertura morta reduziu os valoresde resistência à

penetração, saindo do intervalo crítico (2 a 3 MPa) e proporcionando

condições adequadas para o desenvolvimento radicular.

4. Tanto no solo com cobertura quanto no solo sem cobertura houve

erosão entressulcos devido ao regime de escoamento laminar lento.

5. A cobertura proporcionada pela Brachiariadecumbens preservoua

microestrutura do solo coberto, enquanto que sua ausência evidenciou

alteração da porosidade e microestrutura, além da perda de argila.

6. Devido à falta de agregação do solo, não foram identificados selamentos

superficiais, porém, a cobertura morta foi eficaz na preservação da

porosidade e da microestrutura do solo para a chuva de 0h.

55

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